JP4513759B2 - 面状光源装置 - Google Patents

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Description

この発明は、点状光源からの光を効率よく筐体内部に導くための反射板を備えた面状光源装置に関する。
従来の面状光源装置においては、液晶表示パネルの背面に設けられた導光板の側端面に対向する光源を備えた光源基板の光源を設けた面を前記導光板の背面とケース内の基板支持部との間に挟持していた(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−107721号公報(第3頁左欄第20行−第4頁左欄第34行、第1図)
特許文献1に示された、従来の面状光源装置では、液晶表示モジュールから光源基板を着脱する場合に、液晶表示パネルと導光板とをケースから取り外す作業が必要となる。すなわち、最終形態となる製品から液晶表示モジュールを取り外したうえで、この液晶表示モジュール自体を分解する必要がある。
したがって、光源基板の交換を行なう必要が生じた場合に、液晶表示モジュールの分解および再組立作業が必要となることに加え、液晶表示モジュールの分解および再組立時に、表示領域への異物の侵入や傷の発生などにより表示性能が低下するという問題点があった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、点状光源を用いた面状光源装置において、容易に点状光源の交換が可能であり、交換作業に伴う表示品位の低下を生じることのない面状光源装置を提供することを目的とする。
この発明に係る面状光源装置においては、点状光源が、筐体および反射シートに形成された貫通穴を通して筐体外部から配設され、点状光源に対応して反射シート上に配置される反射板は、貫通穴の周縁と点状光源とで囲まれた領域において、筐体の底面に対して貫通穴の深さ方向に反射板が傾斜しているものである。
この発明は、点状光源が、筐体および反射シートに形成された貫通穴を通して筐体外部から配設され、点状光源に対応して反射シート上に配置される反射板は、貫通穴の周縁と点状光源とで囲まれた領域において、筐体の底面に対して貫通穴の深さ方向に反射板が傾斜していることにより、面状光源装置を分解することなく点状光源を着脱させることができるうえ、点状光源から発した光のロスを低減させ、光の利用効率を向上させた面状光源装置を得ることができる。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における面状光源装置の概略構成を示す平面図、図2は図1に示す面状光源装置の矢視II−II線の部分断面図、図3は図1に示す面状光源装置の矢視III−III線の部分断面図、図4(a)は反射板の傾斜部の他の形状を示す平面図、図4(b)は図4(a)に示す傾斜部の矢視A−A線の部分断面図、図4(c)は図4(a)に示す傾斜部の矢視B−B線の部分断面図、図5(a)は反射板の傾斜部の他の形状を示す平面図、図5(b)は図5(a)に示す傾斜部の矢視C−C線の部分断面図、図5(c)は図5(a)に示す傾斜部の矢視D−D線の部分断面図、図6(a)は反射板の傾斜部の他の形状を示す平面図、図6(b)は図6(a)に示す傾斜部の矢視E−E線の部分断面図、図6(c)は図6(a)に示す傾斜部の矢視F−F線の部分断面図、図7(a)は反射板の一例を示す平面図、図7(b)は反射板の他の一例を示す平面図、図7(c)は反射板のさらに他の一例を示す平面図、図8はこの発明を実施するための他の面状光源装置の概略構成を示す平面図、図9は図8に示す面状光源装置の矢視IX−IX線の部分断面図である。
図1〜9において、面状光源装置の筐体1は上面1aと底面1bと4つの側面1cから構成され、上面1aには開口部1dを有している。後述する点状光源2は、筐体1内の底面1bに配置するために、筐体1の底面1bに形成された貫通穴1eを通して筐体1外部から配設する。また、筐体1はアルミニウムもしくはステンレス等の金属またはプラスチックからなり、一つの部材として構成してもよく、また必要に応じて複数の部材を組み合わせることにより構成してもよい。
光源として、発光ダイオード(Light Emitting Diode:以下、LEDと称す)やレーザーダイオード(Laser Diode:LD)などの点状光源が挙げられる。LEDには、赤色(R)の光を発する赤色LEDと、緑色(G)の光を発する緑色LEDと、青色(B)の光を発する青色LEDとがあり、これらを混色して白色光とすることもできる。
光源基板3上には、赤色、緑色もしくは青色またはそれらの中間色または白色の光を出射する発光ダイオード等の点状光源2を用途に応じて選択、あるいは組み合わせて実装している。
なお、この実施の形態1においては、点状光源2として、青色の単色光を発する半導体発光素子と、半導体発光素子から発せられた青色光の一部を吸収し黄色の光を発する蛍光体からなる、白色のLEDを用いたが、点状光源2は白色LEDに限られるものではない。
また、光源基板3には、複数の点状光源2が光源基板3の長手方向に沿って等間隔に配列され実装されていることで、点状光源2は光源基板3で位置決めされている。
光源基板3は筐体1の底面1bの外側からほぼ平行に配設され、複数の点状光源2は筐体1の底面1bに設けられた貫通穴1eを通り抜け、その底面1bの内側に沿って列設されることとなる。また、点状光源2は光源基板3に電気的にも接続され、光源基板3を介して外部からの電気信号を点状光源2に供給している。
筐体1の開口部1d全体には拡散板4を配設する。拡散板4はポリエチレンテレフタレート(PET)、アクリル(PMMA)もしくはポリカーボネート(PC)などの樹脂板またはガラス基板などの光を透過する機能を有するものである。また、拡散板4に反射材を混入したものや表面を粗面化したものを用い、入射した光を拡散する機能をもたせることで、広い指向性をもつ面状光源装置を得ることができるため好ましい。
筐体1は、光が外部にできる限り漏れないようにするとともに、内側で反射して開口部1dに光が進むように、筐体1の内側となる上面1a、底面1bおよび側面1cに、反射シート5が配設されている。この反射シート5と拡散板4との間に中空領域6を形成することで、光は中空領域6にある空気中を伝播する。
反射シート5は、PP(ポリプロピレン)またはPET(ポリエチレンテレフタレート)に硫酸バリウムもしくは酸化チタンを混ぜ合わせた材料、樹脂に微細な気泡を形成した材料、金属板に銀を蒸着した材料、または金属板に酸化チタン等を含む塗料を塗布した材料からなる。
なお、反射シート5の反射率は、反射面での反射ロスを抑えるために90%以上であることが好ましい。また、筐体1の内側を白色とすることなど反射率を高めることでより一層内部での反射がよくなり、光の損失が少なくなるため好ましい。また、筐体1が反射シート5の機能を兼ねるようにしても部材点数を削減できるために好ましい。
また、筐体1の底面1bに形成された貫通穴1eに対応するように、筐体1の底面1b上に配置された反射シート5には貫通穴5aが形成される。光源基板3は筐体1の底面1bに外側より取り付けられ、点状光源2が筐体1の貫通穴1eおよび反射シートの貫通穴5aを通して筐体1外部から筐体1内の底面1bに配設される。
反射板7は点状光源2に対応して反射シート5上に配置している。また、反射板7は、筐体1の貫通穴1eの周縁1fと点状光源2とで囲まれた領域において、筐体1の底面1bに対して貫通穴1eの深さ方向に傾斜している。すなわち、反射板7は、反射シート5上で支持される平面部7aと、点状光源2を挿入する貫通穴7bを周縁にもつ傾斜部7cとからなる。
なお、反射板7に傾斜部7cを形成する加工方法としては、絞り加工などによる塑性加工や折り曲げ加工が挙げられる。この折り曲げ加工は、平面部7aを折り曲げて傾斜部7cとするために切込みが必要となるため、点状光源2から発する光が切込み部から周縁1f側に漏れてしまう可能性がある。しかしながら、絞り加工では、切込み部が存在しないために、切込み部での光漏れがなく好ましい。
拡散板4上には光を効果的に利用するための複数枚の光学シートからなる図示しない光学シート類を配置し、図示しない液晶表示素子を拡散板4上に光学シート類を介して配置する。
なお、光学シート類はレンズシートを拡散シートで挟み込む構成である。また、輝度の向上が必要な場合には、複数枚のレンズシートをその表面に形成されるシートのプリズムの方向を考慮して組み合わせてもよい。また、拡散シートは、拡散性を向上させる場合に、2枚以上用いることが可能である。さらに、レンズシートの配光特性によってはレンズシートを1枚としてもよいし、または使用しなくてもよい。さらに、保護シート、レンズシートまたは偏光反射シートを組み合わせてもよい。また、いずれも使用しないこともでき、求める輝度や配光特性等を鑑みて最適化することが好ましい。
面状光源装置の上部に配置される表示部として、液晶の複屈折性を応用した液晶表示素子、文字や絵が透明板に印刷された印刷物などが挙げられるが、この実施の形態1においては、表示部として液晶表示素子を用いる。
液晶表示素子は、図示しない上側または下側基板上に着色層、遮光層、スイッチング素子となる薄膜トランジスタ(以下、TFTと称す)、画素電極等の電極および配線が形成されたTFTアレイ基板および対向基板、二枚の基板を等間隔に保持するスペーサ、二枚の基板を貼り合わせるシール材、二枚の基板とのあいだに液晶を注入した後に封止する封止材、液晶に初期配向をもたせる配向膜および光を偏光させる偏光板などにより構成されるが、本発明においては、既存の液晶表示素子を用いるのでここでの説明は省略する。
筐体1は、図示しないフロントフレームと組み合わせることによって、外部からの映像信号により画像を形成する液晶表示素子と、液晶表示素子の周辺に配置され液晶表示素子を駆動する図示しない回路と、を収容する構造となっている。この回路は、液晶表示素子を駆動するために一般に液晶表示素子に接続されたフレキシブル基板上あるいは液晶表示素子上に直接ICチップ等を実装し、さらにそれらの周辺に必要に応じて配置される。また、フロントフレームは、一般にアルミニウムやステンレス等の金属からなる。
このように、液晶表示素子を駆動する図示しない回路を備え、液晶表示素子を面状光源装置の上部に配置することで液晶表示装置を構成する。
つぎに、点状光源4から発せられた光が拡散板4から出射するまでの光路について説明する。
光源基板3上の点状光源2より出射された一部の光は、中空領域6を介して拡散板4に導かれる。また、他の一部の光は、反射板7の傾斜部7cによって反射され、中空領域6を伝搬して拡散板4に導かれる。また、さらに他の一部の光は、筐体1の上面1a、底面1bおよび側面1cに配置された反射シート5、筐体1の底面1bに配置された反射板7の平面部7aによって反射され、中空領域6を伝搬して拡散板4に導かれる。
ここで、反射シート5上に反射板7を配置せず、光源基板3の点状光源2を配設する土台の高さが、筐体1の底面1bの厚さ以下の場合には、点状光源2から発する光のうち、直接、中空領域6に伝搬する光以外に、点状光源2と筐体1の貫通穴1eの周縁1fとの間において中空領域6以外に漏れる光や吸収される光が存在し、中空領域6に伝搬する光が減少してしまう。これにより、液晶表示装置の輝度や表示性能が低下するという問題があった。
これに対して、反射シート5上に上述した反射板7を配置することで、点状光源2から発する光を、反射板7の傾斜部7aで中空領域6側へ反射することができるので、貫通穴1eの周縁1fでの光の乱反射および光吸収がなく、点状光源2から発した光のロスを低減させ、光の利用効率を向上させた面状光源装置を得ることができる。
拡散板4に入射した光は、拡散板4内を透過する光の成分と拡散板4内の粒子で反射する光の成分に分かれる。そのうち、光源側に反射した成分の光は、反射シート5および反射板7で正反射、拡散反射もしくはその複合で反射して、再度、拡散板4に入射する。また、拡散板4に入射し透過した成分の光は、拡散板4表面からあらゆる方向に均一に放射する。
筐体1の開口部1dから出射した光は、拡散シート、保護シートまたはレンズシートなどからなる光学シート類を通過して液晶表示素子に入射する。液晶表示素子は図示しないスイッチング素子による電圧のオンまたはオフによって液晶層が配向されることで、液晶表示素子に入射した光は映像信号にあわせて変調され、赤色、緑色または青色の各色を表示する。
なお、この実施の形態1においては、点状光源2を上からみた断面形状である円形に合わせて、反射板7の貫通穴7bの形状を円形としているが、図4に示すように、長方形などの多角形形状でもよい。これにより、例えば、点状光源2の形状が長方形などの多角形形状の場合に、反射板7の貫通穴7bの形状も合わせて多角形形状とすることで、点状光源2と反射板7との隙間を減らし、点状光源2から発した光の光漏れを減少させることができるので好ましい。
また、図2、図3および図4(b)に示すように、反射板7の平面部7aに対する傾斜部7cの傾斜角度αは、点状光源2から発した光が傾斜部7cで中空領域6側に反射するように、0°<α<90°であることが好ましい。
なお、図2ないし図4においては、傾斜部7cが点状光源2の周囲を取り囲むように反射板7に形成されているが、図5に示すような円形の貫通穴7bの周囲に半円の傾斜部7cを、または図6に示すような正方形の貫通穴7bの周囲の一辺に傾斜部7cを形成することで、同様に中空領域6以外に漏れる光や吸収される光を減少させることができる。
また、図7(a)に示すように、図5または図6に示す傾斜部7cを反射板7上に複数形成し、それぞれの傾斜部7cの方向を反射板7の長辺側中央部を軸対象として対向配置に形成し、図1に示した面状光源装置の反射板7に適用することにより、点状光源2から発した光を、筐体1の開口部1dの中心に集光させることができる。これにより、面内中央部における明るさが必要とされる面状光源装置において、中心部の輝度を向上させることができるので好ましい。
また、図7(b)に示すように、それぞれの傾斜部7cの方向を反射板7の長辺側中央部を軸対象として反対向配置に形成し、図1に示した面状光源装置の反射板7に適用することにより、点状光源2から発した光を、筐体1の開口部1dの中心に対して外側に集光させることができる。
上述したとおり、点状光源2の配光特性にあわせて適宜、反射板7の傾斜部7cの形成位置、反射板7の平面部7aに対する傾斜部7cの傾斜角度α、または傾斜部7cの面積を任意に設定することで、表示面内の輝度分布を最適化し、所望の輝度分布を得ることができる。
また、点状光源2として、赤色LED、緑色LEDまたは青色LEDなどを用いた場合には、反射板7の傾斜部7cの形成位置、反射板7の平面部7aに対する傾斜部7cの傾斜角度α、または傾斜部7cの面積を任意に設定することで、表示面内の色分布を最適化し、所望の色分布を得ることができる。
なお、この実施の形態1においては、図1に示すように、光源基板3を筐体1の底面1bの長辺に平行で、底面1bの両短辺の中点を結んだ直線上に配置しているが、必要とされる製品仕様や要求される光学性能に応じて点状光源2を配置する位置、配列する方向または配列数を任意に選択する。
また、図1に示した面状光源装置においては、筐体1の開口部1dにおける点状光源2の直上の部分がそれ以外の部分に比べて輝度が高くなる。
これに対して、中空領域6内の点状光源2の上部に光反射性をもつ図示しない反射部材を配設する。これにより、点状光源2から真上に出射する光を反射部材で底面1b側に反射して、筐体1の開口部1dに直接到達する光を抑制し、表示面内にて均一な輝度分布を得ることができる。
また、図8および図9に示すように、筐体1の側面1cに光源基板3を配置することで、点状光源2に対して真上に出射する光を、点状光源2を配置した側面1cの対向する側面に向けて出射することができるので、筐体1の開口部1dに直接到達する光を抑制し、表示面内にて均一な輝度分布を得ることができる。
なお、筐体1の側面1cの外側に光源基板3を配置し、図7(c)に示すように、それぞれの傾斜部7cの方向を反射板7の一方の長辺に向けて形成し、図8および図9に示した面状光源装置の筐体1の上面1a側(または開口部1d側)に向けることにより、点状光源2から発した光を、筐体1の上面1a側に集光させることができる。
また、図8および図9に示した面状光源装置の反射板7に、図7(c)に示すような傾斜部7cを筐体1の上面1a側に位置させ、傾斜部7cの方向を底面1b側に向けることにより、点状光源2から発した光を、反射板7の傾斜部7cによって、筐体1の底面1b側に集光させることができる。これにより、光源近傍における筐体1の開口部1dに直接入射する点状光源からの光を抑制し、筐体1の開口部1dにおける光源近傍と反光源側との輝度ムラを抑制することができるので好ましい。
実施の形態2.
図10はこの発明の実施の形態2における面状光源装置の概略構成を示す平面図、図11は図10に示す面状光源装置の矢視XI−XI線の部分断面図、図12はこの発明の他の面状光源装置の概略構成を示す平面図、図13は図12に示す面状光源装置の矢視XIII−XIII線の部分断面図、図14はこの発明の他の面状光源装置の概略構成を示す平面図、図15は図14に示す面状光源装置の矢視XV−XV線の部分断面図である。図10〜図15において、図1〜9と同じ符号は、同一または相当部分を示し、その説明を省略する。
図10および図11に示すように、光源基板3は、筐体1の外部の底面1bに配設されている。
点状光源2からの光を開口部1dに伝播する導光板8を、筐体1内部の反射シート5に対して開口部1d側に配設する。導光板8は屈折率が1.4〜1.6程度のポリエチレンテレフタレート(PET)、アクリル(PMMA)もしくはポリカーボネート(PC)などの樹脂板またはガラス基板などの光を透過する機能を有するものである。
導光板8上には光を効果的に利用するための複数枚の光学シートからなる前述した光学シート類を配置し、前述した液晶表示素子を導光板8上に光学シート類を介して配置する。
つぎに、点状光源2から発せられた光が導光板8の上面8aから出射して液晶表示素子に入射するまでの光路について説明する。
点状光源2から発せられた光は、直接または反射板7によって反射され、導光板8の入射面8cに入射される。
導光板8に入射した光は、導光板8と空気層との境界で全反射を繰り返しながら導光板8内部を伝播する。導光板8の内部を伝播する光は、筐体1の開口部1dに対応する導光板8の底面8bに施された図示しない拡散パターンで拡散反射し光の伝播方向を変化させることで、導光板8と空気層との境界に対して臨界角に満たない入射角で導光板8の上面8aに入射させることができ、反射シート5を有していない筐体1の開口部1dから光を出射させることとなる。
なお、一部の光は、導光板8の上面8a以外の面から出射することになるが、筐体1の底面1b、上面1aおよび側面1cに配設された反射シート5で反射することで導光板8に再び入射し、導光板8の上面8aから出射することとなる。
筐体1の開口部1dから出射した光は、拡散シート、保護シートまたはレンズシートなどからなる光学シート類を通過して液晶表示素子に入射する。液晶表示素子は図示しないスイッチング素子による電圧のオンまたはオフによって液晶層が配向されることで、液晶表示素子に入射した光は映像信号にあわせて変調され、赤色、緑色または青色の各色を表示する。
なお、この実施の形態2の図10および図11に示す面状光源装置においては、筐体1の開口部1d全体に拡散板4を配設せずに、中空領域6に導光板8を配置したところのみが実施の形態1と異なるところであり、実施の形態1と同様の作用効果を奏する。
また、この実施の形態2の図10および図11に示す面状光源装置においては、導光板8の入射面8cの近傍に点状光源2を配設しているが、図12および図13に示すように、導光板8の底面8bに凹部9を形成し、光源2を内包させることもできる。また、図14および図15に示すように、前述した導光板8の底面8bに形成した凹部9を、筐体1の開口部1d側まで貫通して形成し、光源2を内包させることもできる。
これにより、点状光源2から発する光が導光板8に入射する過程において、点状光源2から出射された光は反射板7による反射を繰り返すことなく、大部分の光が導光板8の凹部9から入射させることができ、前述した、導光板8の入射面8cの近傍に点状光源2を配設した場合に比べて、光の利用効率を高めることができる。
この発明の実施の形態1における面状光源装置の概略構成を示す平面図である。 図1に示す面状光源装置の矢視II−II線の部分断面図である。 図1に示す面状光源装置の矢視III−III線の部分断面図である。 反射板の傾斜部の他の形状を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示す傾斜部の矢視A−A線の部分断面図、(c)は(a)に示す傾斜部の矢視B−B線の部分断面図である。 反射板の傾斜部の他の形状を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示す傾斜部の矢視C−C線の部分断面図、(c)は(a)に示す傾斜部の矢視D−D線の部分断面図である。 反射板の傾斜部の他の形状を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示す傾斜部の矢視E−E線の部分断面図、(c)は(a)に示す傾斜部の矢視F−F線の部分断面図である。 反射板の一例を示す図であり、(a)は反射板の一例を示す平面図、(b)は反射板の他の一例を示す平面図、(c)は反射板のさらに他の一例を示す平面図である。 この発明の他の面状光源装置の概略構成を示す平面図である。 図8に示す面状光源装置の矢視IX−IX線の部分断面図である。 この発明の実施の形態2における面状光源装置の概略構成を示す平面図である。 図10に示す面状光源装置の矢視XI−XI線の部分断面図である。 この発明の他の面状光源装置の概略構成を示す平面図である。 図12に示す面状光源装置の矢視XIII−XIII線の部分断面図である。 この発明の他の面状光源装置の概略構成を示す平面図である。 図14に示す面状光源装置の矢視XV−XV線の部分断面図である。
符号の説明
1 筐体
1b 底面
1c 側面
1d 開口部
1e 貫通穴
1f 周縁
2 点状光源
4 拡散板
5 反射シート
5a 貫通穴
6 中空領域
7 反射板
7a 平面部
7c 傾斜部
8 導光板
9 凹部

Claims (10)

  1. 開口部を有する筐体と、
    前記開口部に配置された拡散板と、前記筐体内に配置され、前記拡散板との間に中空領域を形成する反射シートと、
    前記筐体内の底面または側面に配置された点状光源と、を有する面状光源装置であって、前記点状光源は、前記筐体および前記反射シートに形成された貫通穴を通して前記筐体外部から配設され、前記点状光源に対応して前記反射シート上に配置される反射板は、前記貫通穴の周縁と前記点状光源とで囲まれた領域において、前記筐体の底面または側面に対して前記貫通穴の深さ方向に傾斜していることを特徴とする面状光源装置。
  2. 開口部を有する筐体と、
    前記筐体内に配置された反射シートと、前記開口部に対応して前記筐体内に配置された導光板と、
    前記筐体内の底面または側面に配置された点状光源と、を有する面状光源装置であって、前記点状光源は、前記筐体および前記反射シートに形成された貫通穴を通して前記筐体外部から配設され、前記点状光源に対応して前記反射シート上に配置される反射板は、前記貫通穴の周縁と前記点状光源とで囲まれた領域において、前記筐体の底面または側面に対して前記貫通穴の深さ方向に傾斜していることを特徴とする面状光源装置。
  3. 前記反射板が筐体の底面に配置されており、
    前記反射板が傾斜している複数の傾斜部が、前記反射板の長辺側中央部を軸対象として対向配置に形成していることを特徴とする請求項1または2に記載の面状光源装置。
  4. 前記反射板が筐体の底面に配置されており、
    前記反射板が傾斜している複数の傾斜部が、前記反射板の長辺側中央部を軸対象として反対向配置に形成していることを特徴とする請求項1または2に記載の面状光源装置。
  5. 前記反射板が筐体の側面に配置されており、
    前記反射板が傾斜している複数の傾斜部が、前記反射板の一方の長辺に向けて形成し、前記傾斜部を前記筐体の上面側に向けることを特徴とする請求項1または2に記載の面状光源装置。
  6. 前記反射板が筐体の側面に配置されており、
    前記反射板が傾斜している複数の傾斜部が、前記反射板の一方の長辺に向けて形成し、前記傾斜部を前記筐体の底面側に向けことを特徴とする請求項1または2に記載の面状光源装置。
  7. 前記導光板が、前記点状光源を内包する凹部を有していることを特徴とする請求項2に記載の面状光源装置。
  8. 前記導光板の凹部が、前記筐体の開口部側まで貫通していることを特徴とする請求項7に記載の面状光源装置。
  9. 前記反射板は平面部と傾斜部とからなり、前記傾斜部は絞り加工により形成したことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の面状光源装置。
  10. 前記反射板は平面部と傾斜部とからなり、前記傾斜部は折り曲げ加工により形成したことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の面状光源装置。
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